佛山市南海區(qū)降水成分及致酸因子分析

黃斯喬，梁永祥佛山市南海區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東 佛山 528200

佛山市南海區(qū)降水成分及致酸因子分析

黃斯喬，梁永祥
佛山市南海區(qū)環(huán)境保護監(jiān)測站，廣東 佛山 528200

為了解廣佛跨界區(qū)域佛山市南海區(qū)的降水化學組成特征和酸化趨勢，于2016年1—12月在南海區(qū)采集降水樣品，對降水pH、電導(dǎo)率及離子成分進行測定。結(jié)果表明：降水pH年均值為5.05，降水的電導(dǎo)率和總離子濃度年均值分別為19.4 μScm和6.41 mgL，南海區(qū)2016年的酸雨污染有所改善，但酸雨頻率高達63.1%，降水酸化程度仍較高；人為源貢獻的和SO42-起主要致酸作用，通過分析SN發(fā)現(xiàn)在南海區(qū)降水中的致酸作用已超過SO42-，成為首要致酸因子。

佛山市；南海區(qū)；降水；離子成分；致酸因子

降水是大氣污染物重要的清除機制，可通過云中雨除和云下沖刷2種形式有效地將污染氣體和顆粒物沉降至地表。自然界降水可視為一個與大氣處于平衡狀態(tài)的水溶液體系，pH為5.6是降水與大氣中CO2相平衡的天然酸度，因此pH小于5.6的降水被認為是酸性降水(酸雨)，其酸度的增加主要源于人為排放的致酸污染物的增多[1]。酸雨對水體、土壤生態(tài)系統(tǒng)、植被生長等都有破壞性影響，自1872年英國化學家Smith首次提出“acid rain”的概念，酸雨引起了各國學者的普遍關(guān)注，此后便陸續(xù)開展了對酸雨及化學組成的廣泛研究[2-5]。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，人為排放到環(huán)境中的酸性物質(zhì)顯著增加，致使降水酸化嚴重。自20世紀80年代起，我國已成為繼歐洲、北美之后的世界第三大酸雨區(qū)。近年來，為了解我國降水的酸化污染狀況，科研人員針對大氣降水的化學特征開展了大量研究，多數(shù)研究集中在城市區(qū)域，也有瓦里關(guān)山等背景區(qū)域，揭示了各地區(qū)降水的污染狀況及背景特征[6-13]。

環(huán)境保護部發(fā)布的《2015年中國環(huán)境狀況公報》顯示，廣東省中部是我國的主要酸雨污染區(qū)之一。佛山市南海區(qū)比鄰廣州市，是廣佛跨界的重要區(qū)域，屬于酸雨污染區(qū)。近年，南海區(qū)的工業(yè)化和城市化發(fā)展迅猛，尤其是機動車保有量的急劇增加導(dǎo)致氮氧化物的排放量增加，南海區(qū)的大氣污染問題日益嚴峻，需要對大氣降水的成分以及酸雨的成因進行深入探討。筆者研究了南海區(qū)2016年1—12月的降水pH、電導(dǎo)率及離子組分，參照2011年南海區(qū)的酸雨監(jiān)測結(jié)果[14]，分析無機離子的來源及酸雨成因，以期為南海區(qū)的大氣環(huán)境污染防治提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣點概況

佛山市南海區(qū)位于廣東省中南部、珠江三角洲腹地，轄區(qū)內(nèi)有西江、北江及其支流貫穿，地勢平坦，屬亞熱帶季風性濕潤氣候區(qū)，氣候溫和、雨量充足。南海區(qū)年平均氣溫為22.5 ℃，1月最冷，平均13.9 ℃，7月最熱，平均29.2 ℃。年平均雨日146.5 d，雨季集中在4—9月，期間降水量約占全年總降水量的80%，夏季降水不均，旱澇無定，秋冬降水明顯減少。

降水監(jiān)測點位于南海區(qū)桂城環(huán)保大廈樓頂(23°1′48.62″N,113°8′8.56″E)，屬于居住-商業(yè)-交通混合區(qū)域，半徑200 m范圍內(nèi)無高大建筑物遮擋，周邊無典型污染源。

1.2 樣品采集

采樣時間為2016年1—12月；采樣頻率為24 h，逢雨必測；若1日中有多場非連續(xù)降水，則合并為1個樣品；若連續(xù)多日降水，則采集09:00—次日09:00的降水視為1個樣品。采樣儀器為APS-2降水自動監(jiān)測儀(長沙湘藍科學儀器有限公司)。

1.3 樣品分析

1.4 數(shù)據(jù)質(zhì)量控制與保證

離子平衡是對降水組分分析數(shù)據(jù)質(zhì)量評價的重要參數(shù)，所采集的降水樣品中陰陽離子總量間存在較好的相關(guān)性(R為0.93)，說明分析數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠。

2 結(jié)果與討論

采集降水共計65場，年降水量1 708.8 mm，2016年佛山市南海區(qū)受超強厄爾尼諾現(xiàn)象影響，提早在3月進入汛期，全年65%的降水量集中在3—8月，12月沒有降水事件。測定結(jié)果見表1。

表1 南海區(qū)2016年降水測定結(jié)果

注：以每場降水數(shù)據(jù)作統(tǒng)計。

2.1 降水pH

圖1為2016年南海區(qū)的降水pH分布及酸雨頻率。從圖1(a)可以看出，pH為4.50～5.59的弱酸性降水比例最高，其次是5.60～7.00的中性降水，說明南海區(qū)的酸雨頻率較高，但沒有出現(xiàn)強酸性降水(pH<4.00)或堿性降水(pH>7.00)，僅有1場較強酸性降水(pH為4.00～4.49)[16-17]，總體以弱酸性降水為主。

圖1 2016年南海區(qū)降水pH分布及酸雨頻率Fig.1 Distribution of precipitation pH and acid rain frequency in Nanhai District in 2016

2016年南海區(qū)的降水pH年均值為5.05，較2011年(4.63)略有升高，其酸化程度降低；酸雨頻率為63.1%，較2011年(71.3%)下降了8.2個百分點；且強或較強酸性降水(pH≤4.49)的頻率由2011年的19.5%降至2016年的1.5%：南海區(qū)的降水酸化污染有一定程度的緩和，但酸雨頻率仍超過60%，酸雨污染狀況較為嚴重。南海區(qū)降水pH年均值略低于廣東省的5.16，比相鄰的廣州市低0.19，比全省最高的河源市低1.34[18-19]，可見南海區(qū)的降水酸化較為嚴重。

從圖1(b)可以看出，南海區(qū)的酸雨存在較明顯的季節(jié)性差異。夏季(6—8月)降水pH均值較高，酸雨頻率最低，相對于其他季節(jié)的酸雨污染程度較低；春季(3—5月)的降水pH均值最低，酸雨頻率最高，且全年及月降水pH最低值皆出現(xiàn)在3月，春季的酸雨污染程度最嚴重；秋冬季降水量及降水頻率均較少的2月和11月，其酸雨頻率為100%。

2.2 降水電導(dǎo)率

2016年南海區(qū)降水電導(dǎo)率與總離子濃度關(guān)系如圖2所示。從圖2可以看出，二者的相關(guān)系數(shù)(R)為0.830 47，線性相關(guān)關(guān)系顯著，說明南海區(qū)降水電導(dǎo)率的貢獻來源主要為水溶性離子組分，雜質(zhì)含量較少。2016年南海區(qū)降水電導(dǎo)率為7.1～88.1 μScm，波動幅度較大，年均值為19.4 μScm，比2011年(25.9 μScm)下降了34.2%，比我國降水背景站點瓦里關(guān)山(14.8 μScm[12])高出31.1%，可見南海區(qū)的降水明顯受到人為活動的影響。高電導(dǎo)率的降水多發(fā)生在降水量少的月份，說明隨著降水量的增加，通過沖刷進入降水中的污染物被稀釋，降水電導(dǎo)率下降。

圖2 2016年南海區(qū)降水電導(dǎo)率與總離子濃度關(guān)系Fig.2 Relationship between conductivity and total ion concentration of precipitation in Nanhai District in 2016

2.3 降水離子成分

圖3為南海區(qū)2016年降水離子組分濃度分布。從圖3可以看出，總離子濃度年均值為6.41 mgL，比2011年(11.0 mgL)大幅削減了41.7%。陰離子濃度年均值表現(xiàn)為其中和SO42-分別占總陰離子濃度年均值的43.1%和42.8%，是主要的降水陰離子，其次是Cl-，占9.5%；陽離子濃度年均值表現(xiàn)為其中占總陽離子濃度年均值的48.6%，其次是Ca2+，占24.4%，Na+占和Ca2+占總離子濃度年均值的82.4%，是南海區(qū)降水的主導(dǎo)離子，與我國其他城市的降水組成情況相似[7-11]。

圖3 2016年南海區(qū)降水離子組分濃度分布Fig.3 Concentration distribution of ionic components in precipitation in Nanhai District in 2016

2.4 主要離子來源

圖4 2016年南海區(qū)降水離子三角圖Fig.4 Triangle graph of precipitation ions in Nanhai District in 2016

2.5 降水致酸分析

圖5 2016年南海區(qū)降水主導(dǎo)離子濃度與pH月變化Fig.5 Monthly variation of precipitation dominant ions and pH in Nanhai District in 2016

表2 南海區(qū)降水致酸離子與緩沖離子關(guān)系

圖6 南海區(qū)降水SO42-和濃度關(guān)系Fig.6 Comparison of SO42- and N concentration in precipitation in Nanhai District

3 結(jié)論

(1)2016年南海區(qū)降水pH為4.45～6.23，年均值為5.05，酸雨頻率為63.1%，呈春季高夏季低的季節(jié)性變化特點。對比2011年，酸雨頻率降低8.2%，降水酸化程度有所緩和，但仍較高。

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Components and acid factors analysis of atmospheric precipitation in Nanhai District of Foshan City

HUANG Siqiao, LIANG Yongxiang
Foshan Nanhai Environmental Protection Monitoring Station, Foshan 528200, China

In order to investigate the chemical components characteristics and acidification trend of precipitation at Nanhai District, the cross-border region of Guangzhou and Foshan, the precipitation samples were collected during January to December of 2016. The pH, conductivity and ionic composition of precipitation were analyzed. Results indicated that the annually averaged pH, conductivity and total ion concentration were 5.05, 19.4 μScm and 6.41 mgL, respectively. The acid precipitation pollution of Nanhai District in 2016 had improved, but the frequency of acid precipitation was as high as 63.1%, and the extent of acidification was still relatively high. The Nand SO42-which were contributed by the artificial sources played the major roles in the acidification. By analyzing the SN ratio, it was found that Nhad exceeded SO42-and become the primary acid factor of precipitation in Nanhai District.

Foshan City; Nanhai District; precipitation; ionic component; acid factor

2017-03-27

黃斯喬(1986—)，女，工程師，研究方向為環(huán)境監(jiān)測，cq867@sina.com

X517

1674-991X(2017)05-0552-06

10.3969j.issn.1674-991X.2017.05.076

黃斯喬，梁永祥.佛山市南海區(qū)降水成分及致酸因子分析[J].環(huán)境工程技術(shù)學報,2017,7(5):552-557.

HUANG S Q, LIANG Y X.Components and acid factors analysis of atmospheric precipitation in Nanhai District of Foshan City[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2017,7(5):552-557.